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多元复合型光催化剂制备及降解含酚废水性能研究

作　者: 马思源
导　师: 田永淑
学　校: 河北联合大学
专　业: 化学工艺
关键词: TiO2 光催化剂 掺杂 降解
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 29次
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内容摘要


TiO2光催化氧化技术具有能耗低、氧化能力强、无二次污染等突出优点，在废水处理中发挥着重要作用。但传统的纯TiO2纳米粉存在催化活性不高、量子效率低、光谱影响范围窄等问题，因此在实际的废水处理中应用较少。为了提高TiO2对太阳能的利用率，改善其光催化活性，实验中对TiO2纳米粒子进行了改性研究。以苯酚为目标降解物，讨论了影响光催化剂性能的因素和提高光催化剂性能的方法，并阐述了其应用前景以及发展方向。制备了Ag改性TiO2光催化剂，研究不同掺杂量以及不同制备方法对其催化性能的影响。实验结果表明：Ag的掺杂量为1%时其催化活性最好，且使用光沉积法制备的改性光催化剂催化效率最高。制备了过渡金属（Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd）改性TiO2光催化剂，实验结果表明：掺Fe的催化活性最高，其次是Co和Ni，最差的是Cd和Mn；Fe的掺杂量为0.5%时其催化活性最好；掺Fe后的TiO2光催化剂催化效率相比未掺杂的纯TiO2纳米粉有了一定程度的提高，但更重要的是改性后的TiO2光催化剂在可见光下也能够有效的降解苯酚废水，而纯TiO2纳米粉在可见光下基本没有催化活性。制备了稀土金属（La、Nd、Sm、Yb）改性TiO2光催化剂，其中活性最好的是掺杂Sm和Yb的改性光催化剂。稀土金属改性光催化剂进一步扩大了纳米TiO2对可见光的利用率。实验首次制备了过渡—稀土金属共改性TiO2光催化剂。实验结果显示多元素改性光催化剂相比单元素改性以及未改性TiO2光催化剂催化效率显著提高。其中活性最好的是Fe-Sm-Yb-TiO2改性光催化剂。在常温、常压下，浓度为20mg/L的苯酚废水（pH为中性），当催化剂加入量为2.5g/L，焙烧温度为550℃，金属掺杂量（Fe、Sm、Yb）各为0.5%时，经4小时紫外光照其对苯酚去除率可达90%以上。通过FE-SEM、XRD、UV-Vis等表征手段初步探讨了共掺杂提高TiO2光催化活性的机理。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
第1章 文献综述  10-22
  1.1 含酚废水的来源及危害  10-11
  1.2 含酚废水的治理方法  11-14
    1.2.1 物化法  11-12
    1.2.2 化学法  12-13
    1.2.3 生化法  13-14
  1.3 粉体 TiO_2的应用  14-17
    1.3.1 二氧化钛的结构和性质  14-15
    1.3.2 二氧化钛的光催化原理  15-17
  1.4 TiO_2的改性  17-20
    1.4.1 贵金属沉积  17
    1.4.2 过渡金属离子掺杂  17-18
    1.4.3 稀土元素掺杂  18
    1.4.4 与其它半导体复合  18-20
  1.5 研究内容及意义  20-22
    1.5.1 研究内容  20
    1.5.2 研究意义  20-22
第2章 单元素改性 TiO_2的制备及优化  22-35
  2.1 实验药品及仪器  22-23
  2.2 工艺流程图  23
  2.3 分析方法  23-24
  2.4 反应装置  24
  2.5 Ag 改性二氧化钛的制备  24-28
    2.5.1 制备方法  26
    2.5.2 Ag 改性 TiO_2光催化剂催化活性测试  26-27
    2.5.3 Ag 掺杂量对催化活性的影响  27-28
  2.6 过渡金属改性 TiO_2光催化剂的制备  28-31
    2.6.1 制备方法  28
    2.6.2 改性 TiO_2光催化活性测试  28-30
    2.6.3 Fe 改性纳米 TiO_2光催化剂在可见光下的催化活性  30-31
  2.7 稀土金属改性 TiO_2光催化剂的制备  31-34
    2.7.1 制备方法  31-32
    2.7.2 改性 TiO_2光催化剂催化活性测试  32-33
    2.7.3 Sm、Yb 改性纳米 TiO_2光催化剂在可见光下的催化活性  33-34
  2.8 本章小结  34-35
第3章 双元素改性光催化剂制备及优化  35-39
  3.1 实验药品及仪器  35-36
    3.1.1 主要实验药品  35
    3.1.2 主要实验仪器  35-36
  3.2 双元素改性光催化剂制备  36-38
    3.2.1 理论基础  36
    3.2.2 制备方法  36
    3.2.3 紫外光下降解苯酚实验  36-37
    3.2.4 元素掺杂量对其催化性能影响  37-38
  3.3 本章小结  38-39
第4章 三元素改性光催化剂的制备及优化  39-55
  4.1 实验药品及仪器  39-40
  4.2 改性催化剂制备方法  40
  4.3 Fe-Sm-Yb 改性 TiO_2光催化活性测试  40-50
    4.3.1 元素掺杂量对废水处理效果的影响  40-42
    4.3.2 光照时间对废水处理效果的影响  42
    4.3.3 苯酚初始浓度对处理效果的影响  42-43
    4.3.4 焙烧温度对处理效果的影响  43-44
    4.3.5 二氧化钛投加量对处理效果的影响  44-45
    4.3.6 溶液 pH 对处理效果的影响  45-47
    4.3.7 反应温度对降解效果的影响  47
    4.3.8 反应器  47-49
    4.3.9 可见光下光催化降解苯酚实验  49-50
  4.4 TiO_2催化剂的表征  50-54
  4.5 本章小结  54-55
结论  55-57
参考文献  57-61
致谢  61-62
导师简介  62-63
作者简介  63-64
学位论文数据集  64

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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